Om thermodynamica te begrijpen, zijn enthalpie en entropie twee fundamentele concepten die niemand mag missen. Het kennen van het verschil tussen enthalpie en entropie helpt ons niet alleen om ons wetenschappelijke examen te halen, maar biedt ook een rationele verklaring voor veel processen die we in ons dagelijks leven zien. Van veranderende fasen tot de overdracht van energie in een enkele toestand, thermodynamica kan het allemaal verklaren.
Enthalpie versus entropie
Het verschil tussen enthalpie en entropie is dat enthalpie de meting is van de totale energie van een systeem die de som is van interne energie en het product van druk en volume. Aan de andere kant is entropie de hoeveelheid thermische energie in een systeem die niet beschikbaar is voor omzetting in werk.
Enthalpie van een thermodynamisch systeem wordt gedefinieerd als een toestandsfunctie die wordt berekend bij constante druk (grote open atmosfeer). De eenheid van enthalpie is dezelfde als energie, d.w.z. J in de SI-eenheid omdat het de som is van de interne energie van een systeem en het product van druk en volumeverandering. De totale enthalpie van een systeem kan niet direct worden gemeten. We meten dus de verandering in de enthalpie van een systeem.
In eenvoudige bewoordingen is entropie de maatstaf voor willekeur of chaos in een systeem. Het is een uitgebreide eigenschap, wat betekent dat de waarde van entropie verandert afhankelijk van de hoeveelheid materie die in het systeem aanwezig is. Als een systeem sterk geordend is (minder chaotisch), dan heeft het een lage entropie en vice versa. De SI-eenheid van entropie is J⋅K−1.
Vergelijkingstabel tussen enthalpie en entropie
| Parameters van vergelijking: | Enthalpie | Entropie |
| Definitie | Enthalpie is de som van interne energie en product van druk en volume van een thermodynamisch systeem. | Entropie is de hoeveelheid thermische energie van een systeem die niet beschikbaar is voor omzetting in mechanisch of nuttig werk. |
| Meting | De totale enthalpie van een systeem kan niet direct worden gemeten, daarom berekenen we de verandering in enthalpie. | Het meten van entropie van een systeem verwijst naar de hoeveelheid wanorde of chaos die aanwezig is in een thermodynamisch systeem. |
| Eenheid | De SI-eenheid van enthalpie is dezelfde als die van energie en kan daarom worden gemeten in J. | De SI-eenheid van entropie voor eenheidsmassa is J⋅K−1kg−1 en voor entropie per hoeveelheid stof is J⋅K−1mol−1. |
| Symbool | Enthalpie wordt aangeduid met H. | Entropie wordt aangeduid met S. |
| Geschiedenis | Een wetenschapper genaamd Heike Kamerlingh Onnes bedacht de term 'enthalpie'. | Een Duitse natuurkundige genaamd Rudolf Clausius bedacht de term 'entropie'. |
| Begunstiging van voorwaarden | Een thermodynamisch systeem is altijd voorstander van minimale enthalpie. | Een thermodynamisch systeem geeft altijd de voorkeur aan maximale entropie. |
Wat is enthalpie?
Enthalpie is een thermodynamische eigenschap die verwijst naar de som van de interne energie en het product van druk en volume van een systeem. Enthalpie van een systeem betekent zijn vermogen om warmte af te geven en heeft dus dezelfde eenheid als energie (joules, calorieën, enz.). Enthalpie wordt aangeduid met H.
Het is niet mogelijk om de totale enthalpie van een systeem te berekenen omdat het onmogelijk is om het nulpunt te kennen. Dus de verandering in enthalpie wordt berekend tussen de ene toestand en de andere wanneer de druk constant is. De formule van enthalpie is H = E + PV waarbij E de interne energie van een systeem is, P de druk en V het volume.
Er is veel betekenis van enthalpie in een thermodynamisch systeem omdat het bepaalt of een chemische reactie endotherm of exotherm is. Het wordt ook gebruikt om de reactiewarmte, het minimaal vereiste vermogen voor een compressor, enz. te berekenen.
Wat is entropie?
Entropie is een uitgebreide eigenschap en het is de maatstaf voor willekeur of chaos in een thermodynamisch systeem. De waarde van entropie verandert met de verandering in de hoeveelheid materie in het systeem. Entropie wordt aangegeven met S en de gemeenschappelijke eenheden van entropie zijn joules per kelvin J⋅K−1 of J⋅K−1kg−1 voor entropie per massa-eenheid. Omdat entropie willekeur meet, heeft een sterk geordend systeem een lage entropie.
Er zijn verschillende methoden om de entropie van een systeem te berekenen. Maar twee van de meest gebruikelijke manieren zijn het berekenen van de entropie van een omkeerbaar proces en een isotherm proces. Voor het berekenen van de entropie van een omkeerbaar proces is de formule S = kB ln W waarbij kB de constante van Boltzmann is en de waarde gelijk is aan 1,38065 × 10-23 J/K en W is het aantal mogelijke toestanden. Voor het berekenen van de entropie van een isotherm proces is de formule ΔS = ΔQ / T waarbij ΔQ verwijst naar de verandering in warmte en T de absolute temperatuur van het systeem in Kelvin is.
Het smelten van ijs in het water, gevolgd door verdamping tot stoom, is een voorbeeld van toenemende chaos en afnemende entropie. Wanneer het ijsblokje energie krijgt, maakt de warmte-energie zijn structuur los om vloeistof te vormen en vergroot zo de chaos in het systeem. Iets soortgelijks gebeurt wanneer vloeistof in een damptoestand wordt veranderd. Maar terwijl we ons op het systeem concentreren, neemt de entropie af terwijl de entropie van de omgeving toeneemt.
Belangrijkste verschillen tussen enthalpie en entropie
Gevolgtrekking
Het verschil tussen enthalpie en entropie begrijpen is erg belangrijk om verschillende processen in de natuur te redeneren. Van het smelten van ijs tot het oplossen van complexe thermodynamische problemen, de basisbegrippen van enthalpie en entropie worden toegepast.
Maar enthalpie kan niet rechtstreeks worden berekend, dus berekenen we de verandering tussen twee fasen. Aan de andere kant wordt entropie berekend als de mate van willekeur in een systeem. Wanneer een systeem energie wint, neemt de wanorde toe en neemt de entropie af, en vice versa.
